Святослав Игоревич Елеонский,
140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1.
Svyatoslav I. Eleonsky,
1, Zhukovskogo ul., Zhukovsky, Moscow obl., 140180.
Михаил Дмитриевич Зайцев,
140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1.
Mikhail D. Zaitsev,
1, Zhukovskogo ul., Zhukovsky, Moscow obl., 140180.
Юрий Григорьевич Матвиенко,
101000, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4.
Yury G. Matvienko,
4, Malyi Kharitonyevsky per., Moscow, 101000.
Владимир Сергеевич Писарев,
140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1.
Vladimir S. Pisarev,
1, Zhukovskogo ul., Zhukovsky, Moscow obl., 140180.
Проведены испытания на сопротивление усталости двух геометрически одинаковых конструктивно подобных моделей нижней панели крыла коммерческого самолета. Панели отличались способом установки монтажных болтов, соединяющих обшивку и стрингер. В первой панели перед монтажом обшивки и стрингера выполняли холодное упрочнение отверстий. Во второй панели после сверления и развертывания дополнительную обработку отверстий не проводили. Болты устанавливали с натягом в пределах от 1,3 до 2,1 % для первой панели и от 2,9 до 3,2 % — для второй панели. Вариации в значениях натяга вызваны наличием полей допуска на диаметры как болтов, так и монтажных отверстий. Сравнение указанных технологий проведено на основе исследования полей остаточных напряжений. Выполнен анализ величин компонент остаточных напряжений в окрестности монтажных отверстий в обшивке, которые заполнены болтами с натягом. Компоненты остаточных напряжений определяли на основе метода сверления отверстия и метода последовательного наращивания длины трещины (ПНДТ). Деформационный отклик измеряли методом электронной спекл-интерферометрии. Первый (дискретный) метод, основанный на сверлении зондирующего отверстия, дает возможность количественно определять компоненты остаточных напряжений, начиная с расстояния 1,1 мм от контура монтажного отверстия. Второй (непрерывный) метод заключается в последовательном наращивании длины искусственного надреза. Разработан новый вариант метода ПНДТ, который обеспечивает определение параметров механики разрушения для надрезов, распространяющихся в зоне контактного взаимодействия. Он состоит в том, что в середине расстояния между исследуемыми монтажными отверстиями выполняют исходное сквозное отверстие, от контура которого и начинается последовательность искусственных надрезов. Конечной точкой этой последовательности является внешний контур болта. Такой подход обеспечивает анализ полей остаточных напряжений, возникающих при двух технологиях установки болтов, путем сравнения величин КИН. Оба экспериментальных подхода выявляют преимущества соединения с болтами, установленными в упрочненное отверстие. Обоснована и наглядно продемонстрирована высокая эффективность и надежность методов определения остаточных напряжений, использующих оптико-интерференционные измерения деформационного отклика на локальное удаление материала. Эти методы основаны на получении интерферограмм высокого качества, которые обеспечивают разрешение интерференционных полос предельной плотности непосредственно на контуре зондирующего отверстия или на берегах искусственного надреза.
Fatigue tests of two geometrically identical and similar in design models of the lower wing panel of a commercial aircraft were performed. The models differ in the way of mounting bolts which join the skin and stringers. Cold expansion of holes drilled both in the skin and stringer has been performed for the first panel before joining. No additional treatment of holes was performed in the second panel after drilling pilot holes and final reaming. Bolts are mounted with the interference fit ranging from 1.3 to 2.1% and from 2.9 to 3.2% for the first and the second panel, respectively. The range of the interference fit values is attributed to the tolerance fields for the diameters of bolts and assemblage holes. A comparison of both technologies proceeded from the experimental study of residual stress fields. The second stage, which is the subject of present paper, includes the analysis of the values of residual stress components in the vicinity of skin holes filled by bolts mounted with the interference fit. The components of residual stressed were determined using the method of hole drilling and successive cracking (crack compliance) method. The deformation response was measured by electronic speckle-pattern interferometry. The first point-wise method, based on drilling a probe hole, provides the quantitative determination of residual stress components, starting from a distance of 1.1 mm from the assemblage hole edge. The second technique consists in successive extension of the notch length. A new version of the crack compliance technique providing the determination of fracture mechanics parameters for notches propagating in the contact zone has been developed. The essence of this approach consists in drilling the initial hole equidistant from two assemblage holes of interest. The edge of this through hole is a starting point of the sequence of artificial notches, the end point of this sequence is the outer contour of the bolt. This approach provides quantitative analysis of residual stress fields proceeding from the comparison of the values of stress intensity factors (SIF) related to different technologies of bolt mounting. Two experimental approaches reveal advantages of joining with bolts mounted into cold-expanded holes. The high efficiency and accuracy of the methods for residual stress determination which employ optical interferometric measurements of the deformation response to local removing of the material is substantiated and clearly demonstrated. The methods are based on recording high-quality interferograms, which provide the resolution of interference fringes of the ultimate density directly on the hole edge and along borders of the artificial notch.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.